Ingeniería de Precisión CNC: Entrega de Tolerancias Estrechas y Acabado Superficial Superior

Publicado el 12 de marzo de 2019 | Por Candy, Gerente de Proyectos de WayKen

La mayoría de las industrias CNC modernas dependen de piezas procesadas hasta las tolerancias más ajustadas con acabado superficial tipo espejo y alta fiabilidad. Todo eso hace que los productos modernos sean robustos, eficientes y competitivos. Todo eso impulsa el progreso industrial. Sin embargo, esas piezas no se van a producir solas. Tenemos que agradecer a la ingeniería de precisión CNC todas las piezas de alta calidad que nos permiten conducir coches, volar a otros continentes y sentarnos aquí leyendo este texto. Fabricar piezas precisas es una tarea ardua que involucra varias etapas en industrias de fabricación de prototipos.

Desarrollo de Diseño de Piezas Precisas

Existe una lucha constante entre diseñadores e ingenieros mecánicos sobre la precisión de las piezas desarrolladas. Los diseñadores abordan los problemas desde un punto de vista teórico y desearían idealmente que cada parte de la máquina tuviera la precisión perfecta, lo más cerca posible de una geometría ideal. Sin embargo, si fabricáramos cosas como los diseñadores querrían, todo costaría una cantidad insuperable de dinero con poca eficiencia adicional. Lo mismo podría decirse de la complejidad geométrica.

Por tanto, ingenieros de fabricación y diseñadores discuten. Hay incluso un chiste: la pieza ideal para el ingeniero de fabricación es un tronco de madera, mientras el diseñador quiere crear un avión. El resultado es un producto que presume de superficies de alta precisión en lugar de piezas de alta precisión. Esta lucha elimina características económicamente ineficientes y reduce el coste del producto manteniendo su rendimiento.

Determinación de las Tareas Tecnológicas Principales

Ahora que hemos determinado que las piezas de alta precisión son en realidad piezas con superficies de alta precisión o grupos de superficies, queda claro que el proceso de fabricación puede dividirse en dos etapas. La primera etapa implica fabricar la pieza requerida de calidad regular dejando material excedente en las superficies que necesitan la máxima precisión.

La segunda etapa se ocupa exclusivamente de lograr la precisión y requisitos de rendimiento requeridos (dureza del material, resistencia a la tracción, parámetros adicionales de acabado superficial). Cada pieza plantea una tarea individual separada con su propia combinación de propiedades y antes de diseñar el proceso de fabricación, es vital considerar cómo se pueden abordar esas tareas. Si la pieza tiene muchas superficies precisas con diferentes IT, la segunda etapa del proceso de fabricación puede subdividirse en grupos IT.

Estrategia de Ingeniería CNC

El mecanizado de precisión CNC se realiza principalmente mediante procesamiento abrasivo, ya que produce los mejores resultados. Existe una dureza mínima que el material debe tener para ser rectificado eficientemente, por lo que las piezas suelen tratarse térmicamente al menos en cierta medida. Sin embargo, la mayoría de estas piezas requieren un endurecimiento complejo multi-etapa, por lo que lo que realmente tendrá que preocuparse es cómo restaurar las superficies base después del tratamiento.

Aparte de eso, los especialistas en ingeniería de precisión CNC de WayKen han desarrollado diferentes estrategias para fabricar diferentes características de piezas, como agujeros profundos y estrechos precisos, planos muy uniformes y lisos, o grupos de superficies que requieren posicionamiento preciso entre sí.

Por ejemplo, la última tarea puede lograrse mecanizando ambas superficies en una sola sujeción o fijando la pieza por una superficie mientras se mecaniza la otra.

Cómo Cumplir los Requisitos de Rendimiento

Muchas piezas de alta calidad tienen requisitos específicos. Por ejemplo, los engranajes deben tener superficies muy duras manteniendo el núcleo blando del material. Eso se hace mediante endurecimiento superficial. Otras piezas requieren usar carbono o nitrógeno junto con tratamiento térmico para lograr la dureza requerida. Hay piezas que necesitan recubrimiento y la capa es tan fina que se administra iones o átomos separados. Todos los métodos son bastante complejos, necesitan sus propios parámetros para cada material y cada característica de dureza o recubrimiento.

¿Cómo resolver esto? Imagine que tiene un eje especializado que requiere nitrocarburación. Nunca lo ha hecho antes e invertir en este método consume tiempo y es bastante inútil porque puede resultar que nunca lo use después de terminar el lote. He encontrado dos soluciones. Externalizar. Puede haber una tienda de máquinas o prototipado cerca que haga esas operaciones por usted.

El coste por pieza será más alto pero en realidad ahorrará en inversiones y contratación de personal. La otra opción es hablar con el diseñador y convencerle de cambiar a un material más caro que no requiera un tratamiento tan complejo. La maquinabilidad general del material puede ser menor pero es posible que aún ahorre dinero evitando la adopción de tecnología previamente desconocida.

Medición de Alta Precisión y Control de Calidad

Una de las tareas más significativas en ingeniería de precisión CNC es encontrar formas de entender realmente si la pieza creada tiene la calidad requerida. No es una tarea trivial porque las piezas de mecanizado CNC de alta precisión a menudo tienen tolerancias más ajustadas que la mayoría de equipos de medición. ¿Cuáles son las recomendaciones posibles?

1. Evite usar utillajes (fixtures) tanto como sea posible. Cada elemento del sistema de medición aporta errores adicionales, así que mejor evitarlos. Las mediciones de alta precisión modernas se realizan con la pieza sobre una placa de piedra muy plana (si es posible).
2. La medición óptica es una buena opción. La mayoría de herramientas de medición dependen del contacto físico para medir tolerancia o acabado superficial. Sin embargo, el contacto desgasta las piezas y pierden precisión. Las herramientas de medición óptica no lo hacen y, además, ningún agente no deseado puede interferir cuando la herramienta y la pieza se tocan.
3. Si no hay forma de determinar la precisión de la pieza, pruébela. Es la única forma de determinar realmente si las calificaciones de rendimiento de la pieza son suficientes. También puede medir los requisitos de la pieza de forma indirecta. Por ejemplo, ejes de alta velocidad de revolución como los usados en herramientas de rectificado y equipos de mezcla médica requieren IT4 o menor carrera radial, prácticamente imposible de medir. Así que simplemente se instalan en cojinetes de lámina de aire y se prueban. Si la temperatura de trabajo del eje está dentro de límites, significa que la carrera es lo suficientemente pequeña.

WayKen: Socio de Confianza en Ingeniería de Precisión CNC

En WayKen, siempre nos dedicamos a ser un productor líder de servicios de mecanizado de precisión en industrias de fabricación rápida, que cubren prototipado CNC de precisión, utillajes de matrices de precisión y piezas de aluminio de precisión, etc. Poseemos máquinas CNC de 5 ejes avanzadas con tecnología de vanguardia, lo que nos permite centrar nuestros esfuerzos en producir piezas de precisión superior para cualquier cliente del mundo, con el más alto nivel de calidad y entrega a tiempo, sin importar la complejidad.